....
AIS klasy B z SOTDMA – o co chodzi?

AIS klasy B z SOTDMA – o co chodzi?

 (0)    0

  Sprzęt nawigacyjny

Ostatnio otrzymałem szereg pytań dotyczących technologii SOTDMA w AIS. Co to jest? Czy warto kupić transponder pracujący w tej technologii? Sprawa jest ciekawa bo na przykład firma Weatherdoc kończy produkcję transponderów klasy B w starszej technologii.

Warto jednak zacząć od krótkiej powtórki

Co to jest AIS i jak działa

 AIS

AIS (System Automatycznej Identyfikacji) jest najbardziej rozpowszechnionym systemem wpływającym na bezpieczeństwo żeglugi od czasu wprowadzenia radaru. Został zaprojektowany jako system unikania kolizji (szacowania ryzyka kolizji). Jego założeniem jest wysyłanie przez  jednostki swojej pozycji, prędkości, kąta drogi nad dnem, wraz z nazwą i innymi danymi dotyczącymi drogi. Dane są transmitowane cyfrowo na dwóch częstotliwościach VHF (161.975 i 162.025 MHz). Odbiorniki systemu na podstawie otrzymanych informacji wyliczają dla każdego obiektu tzw. CPA (odległość największego zbliżenia) i TCPA (czas do wystąpienia CPA) i jeśli przekraczają założone wielkości alarmują oficera. System AIS szybko rozszerzył się na inne zastosowania. Dzięki odbiornikom brzegowym jest wykorzystywane przez służby portowe i VTS do kontroli ruchu i minimalizowania ryzyka niebezpieczeństw. Także dzięki stacjom brzegowym (a ostatnio także odbiornikom umieszczonym na satelitach) system jest wykorzystywany do śledzenia ruchu statków (dane są publikowane na przykład w serwisach Marinetraffic lub VesselFinder). AIS staje się ważnym elementem systemy ratownictwa GMDSS. Na rynku jest także wiele personalnych transponderów AIS SART – wykorzystywanych do alarmowania „Człowiek za burtą”.  Nadajniki AIS są także wykorzystywane jako wirtualne pławy (AtoN) – widoczne w elektronicznych systemach nawigacyjnych. Często służą jako przekaźniki danych pogodowych lub o pływach.

Urządzenia AIS można podzielić na kilka kategorii. Klasa A jest obowiązkowa dla statków konwencyjnych (podlegających konwencji SOLAS), klasa B jest dedykowana dla pozostałych jednostek – w tym sportowych i rekreacyjnych. Na rynku są także odbiorniki, które tylko odbierają informacje o innych jednostkach, pozwalają na ich wizualizację w systemie nawigacyjnym i jednocześnie obliczają CPA i TCPA. Tutaj skupiamy się na transponderach czyli urządzeniach składających się z cyfrowego nadajnika i  odbiornika VHF, a także odbiornika GPS.

 

TDMA, SOTDMA, CSMA

Jak wspominałem wcześniej transpondery nadają na dwóch częstotliwościach VHF. Jak to się dzieje, że nadajniki nie zagłuszają się nawzajem nadając w tym samym czasie? AIS wykorzystuje system TDMA (Time Division Multiple Access - wielodostęp z podziałem czasowym). Polega on na podziale linii czasu na szczeliny czasowe przydzielane nadajnikom do wykorzystania. Standardowy system TDMA wymaga stacji centralnej przydzielającej sloty czasowe poszczególnym nadajnikom. Na morzu trudno sobie wyobrazić centralną stacje przydzielającą szczeliny czasowe. W AIS wykorzystuje się tzw. SOTDMA (Self Organized Time Division Multiple Access - wielodostęp z samoorganizującym się podziałem czasowym). Oznacza to że transpondery klasy A miedzy sobą wysyłają wnioski o szczeliny czasowe i uzgadniają kolejność transmisji, rozwiązują także konflikty przy próbie rezerwacji tej samej szczeliny czasowej. Pojedyncza szczelina czasowa ma długość 26.6 milisekundy. Oznacza to, że w czasie jednej sekundy może się odbyć około 37 transmisji. Do koordynacji czasu używa się GPS, a odnośnikiem jest UTC. W praktyce system działa bardzo sprawnie i pozwala na wymianę danych pomiędzy około 4500 jednostkami znajdującymi się w zasięgu.

Transpondery klasy B, dedykowane dla jednostek niekonwencyjnych, używają trochę innej technologii nazywanej CSMA (Carrier Sense Multiple Access – wielodostęp z wykrywaniem wolnego pasma). W uproszczeniu można by powiedzieć, że transponder klasy B nasłuchuje kiedy będzie wolna szczelina i jeśli taką wykryje to prowadzi nadawanie. Może się jednak zdarzyć, że transponder klasy A zajmie tę szczelinę i transponder klasy B będzie musiał wstrzymać nadawanie i oczekiwać na kolejną wolną szczelinę. W systemie transpondery klasy A zawsze maja priorytet nad transponderami klasy B. Może się zdarzyć, że transponder klasy B nie może „się dopchać” do transmisji przez jakiś czas. Liczba przeprowadzanych transmisji i rodzaj wysyłanych danych zależą od klasy transpondera, prędkości jednostki, wykonywanego manewru, statusu nawigacyjnego. Szybko płynący wodolot pasażerski (klasa A) może nadawać co kilka sekund, a jacht pod żaglami (klasa B) co 30 sekund. Klasy transponderów różnią się także mocą nadawania. Klasa A nadaje z mocą 12.5W, a klasa B z mocą 2W. Warto wziąć pod uwagę że jest to 1/3 mocy ręcznej krótkofalówki. Ograniczenie to powoduje że jednostki z transponderem klasy B są „widziane” zwykle z odległości 8-10 Mm. Oznacza to także, że zwykle nie są widziane przez odbiorniki umieszczone na satelitach służących do śledzenia ruchu statków poza zasięgiem stacji brzegowych.

Nowa klasa B+ (klasa B z SOTDMA, klasa B 5W)

W ostatnich miesiącach pojawiły się transpondery nazywane klasą B+, B z SOTDMA lub B 5W. Ich zadaniem jest zmniejszyć „przepaść” między klasą A i B.

Zasadnicza różnica w odniesieniu do klasy B to użycie technologii SOTDMA. Oznacza to że klasa B+ uczestniczy w systemie przydziału szczelin czasowych na takich samych prawach jak klasa A. Daje to gwarancję uczestniczenia w transmisji danych nawet na bardzo zatłoczonych akwenach. Kolejne zapożyczenie z klasy A to uzależnienie częstotliwości transmisji od prędkości jednostki. Nareszcie szybkie jachty motorowe mogą na bieżąco raportować swoją pozycję bez inwestowania w dość drogie urządzania klasy A. Jacht taki poruszający się z prędkością 23 węzłów i wyposażony w transponder klasy B raportował swoją pozycję co 30 sekund, w czasie których przebywał 360 metrów. Z urządzeniem klasy B+ będzie prowadził transmisję co 5 sekund czyli co 60 metrów drogi.

Co równie ważne, transpondery klasy B+ maja zwiększoną moc nadawania do 5 watów. Powoduje to zwiększenie zasięgu i przy dobrej antenie VHF znalezienie się w zasięgu odbiorników satelitarnych.

Porównanie klas transponderów

Funkcjonalność klasy A, B i B+

Funkcja Klasa A Klasa B+ Klasa B
Moc transmisji 12.5 W 5 W 2 W
Częstotliwość transmisji do maks. co 2-3 s do maks. co 5 s Co 30 s
Wymagany własny wyświetlacz TAK NIE NIE
Wykorzystywana technologia SOTDMA SOTDMA CSMA
Gwarantowany przydział szczeliny TAK TAK NIE
Wymagany zewnętrzny GPS TAK NIE NIE
Zasięg 20-25 Mm 10-12 Mm 7-8 Mm

Transmitowane dane

Rodzaj danych Klasa A Klasa B i B+
MMSI + nazwa statku + Call Sign TAK TAK
Pozycja + COG + SOG TAK TAK
Kurs żyrokompasowy TAK TAK
Prędkość zwrotu TAK NIE
Status nawigacyjny TAK NIE
Numer IMO TAK NIE
Rodzaj jednostki TAK TAK
Wymiary jednostki TAK TAK
ETA + port docelowy + zanurzenie TAK NIE

 Częstotliwość transmisji

Status jednostki Klasa A Klasa B+ Klasa B
Jednostka na kotwicy lub zacumowana 3 min 3 min 3 min
SOG 0-2 węzłów 10 s 3 min 3 min
SOG 2-14 węzłów 10 s 30 s 30 s
SOG 2-14 węzłów i zmieniająca kurs 3.3 s 30 s 30 s
SOG 14-23 węzłów 6 s 15 s 30 s
SOG 14-23 węzłów i zmieniająca kurs 2 s 15 s 30 s
SOG > 23 węzłów 2 s 5 s 30 s
Informacje statyczne 6 min 6 min 6 min

 Materiał pochodzi z kursu „Nawigacja elektroniczna bez tajemnic” (https://akademianawigacji.pl)

W opracowaniu wykorzystano materiały DigitalYacht.

 (0)    0

Komentarze niedostępne